DE102008039495A1

DE102008039495A1 - Element eines Unterbodens eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102008039495A1
Application number: DE102008039495A
Authority: DE
Inventors: Ioannis Dimitriou; Lars Naeve; Christian Mangold; Arnulf Jaeger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-08-23
Filing date: 2008-08-23
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Ein Verkleidungsteil (10) am Unterboden (1) eines Kraftfahrzeugs weist Versteifungsrippen (20) auf, die abweichend von der ansonsten üblichen Orientierung der Versteifungsrippen parallel zur Längsrichtung (L) des Kraftfahrzeugs erfindungsgemäß entsprechend den tatsächlich gegebenen Strömungsverhältnissen am Unterboden (1) des Kraftfahrzeugs ausgerichtet sind. Durch diese Ausrichtung der Versteifungsrippen (20) werden die aerodynamischen Widerstände vermindert und der Auftrieb des Kraftfahrzeugs verringert. Die Erfindung kann beispielsweise an Verkleidungsteilen (10 bis 14), an Front- und Heckdiffusoren, an Endschalldämpfern (7) und an langgestreckten Vertiefungen (22) für Befestigungselemente (21) angewandt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Element eines Unterbodens eines Fahrzeugs, mit wenigstens einer langgestreckten Vertiefung und/oder Erhebung.
Ein derartiges Element ist beispielsweise aus der DE 195 21 632 A1 bekannt. Es weist langgestreckte Vertiefungen in Form von Versteifungssicken auf, die parallel, senkrecht und unter einem Winkel von etwa 45° zur Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufen.
Des Weiteren beschreibt die GB-PS 463,620 großflächige Elemente zur Verkleidung eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs, die in Richtung der Längsachse des Fahrzeugs orientierte Versteifungsrippen aufweisen. Diese Rippen haben neben ihrer aussteifenden Funktion auch die Aufgabe, die Luftströmung entlang des Unterbodens zu kanalisieren. Hierzu sind die Rippen grundsätzlich in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet. Zur Rückseite des Fahrzeugs hin können die Rippen divergieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, die aus der GB-PS 463,620 bekannte Ausgestaltung eines Elementes eines Unterbodens in aerodynamischer Hinsicht zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Element eines Unterbodens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Kerngedanke der Erfindung ist es hierbei, von der bekannten generellen Ausrichtung der Vertiefungen und/oder Erhebungen in Längsrichtung des Fahrzeugs bewusst abzuweichen und stattdessen in denjenigen Bereichen, in denen die Strömung während der Fahrt des Fahrzeugs von einer Richtung parallel zur Längsachse des Fahrzeugs abweicht, die Längserstreckung der Vertiefungen und/oder Erhebungen entsprechend diesem abweichenden Strömungsverlauf auszurichten. Damit berücksichtigt die Erfindung die tatsächlichen Strömungsverhältnisse am Unterboden und weicht von der üblicherweise in Längsrichtung verlaufenden Anordnung der Vertiefungen und/oder Erhebungen ab.
Durch die Ausrichtung der Vertiefungen und/oder Erhebungen entsprechend der lokalen Strömungstopologie des Unterbodens ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Aerodynamik im Unterbodenbereich eines Fahrzeugs. Während bei einheitlich in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichteten Vertiefungen und/oder Erhebungen lokale Ablösungen entstehen, die sich entlang des Unterbodens fortsetzen und somit den Luftwiderstand des Fahrzeugs erhöhen, wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Elemente eine weitestgehend störungsfreie Umströmung des Unterbodens erreicht, ohne lokale Ablösungen oder zumindest mit einer reduzierten Anzahl und/oder verminderten Größe der Ablösungen. Auch werden die Auftriebskräfte verringert, da im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeugen die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Unterbodenbereich aufgrund der reduzierten Störungen ansteigt.
Die Erfindung kann an solchen Elementen des Unterbodens, die aus Gründen der Erhöhung der Bauteilsteifigkeit sowieso mit Vertiefungen und/oder Erhebungen versehen sind, kosten- und gewichtsneutral umgesetzt werden. Lediglich bei der Fahrzeugentwicklung entsteht durch die Ermittlung der Strömungsverhältnisse am Unterboden des Fahrzeugs ein zusätzlicher Aufwand.
Die Ermittlung der Strömungsverhältnisse erfolgt durch Erfassung der im Fahrbetrieb auftretenden Wandstromlinien der Luftströmung entlang des Unterbodens. Dies kann durch verschiedene Verfahren erfolgen, wie beispielsweise durch numerische Simulation (CFD – Computational Fluid Dynamics), durch Visualisierung der Wandstromlinien im Windkanal (zum Beispiel durch Colour Flow Visualization) oder durch Visualisierung im Fahrversuch, beispielsweise wiederum durch Colour Flow Visualization.
Somit geben die virtuell ermittelten oder am realen Fahrzeug ermittelten Wandstromlinien die lokal vorliegende Strömungsrichtung exakt wieder und dienen als eindeutige Vorgabe für eine strömungsmechanisch optimierte Ausrichtung der Vertiefungen und/oder Erhebungen der Elemente des Fahrzeugunterbodens.
Damit unterscheidet sich die erfindungsgemäße Lösung grundlegend von der aus der GB-PS 463,620 bekannten Lehre, die Strömung im Unterboden durch Gestaltungselemente (Vertiefungen, Erhebungen) zu beeinflussen, das heißt umzulenken. Die durch diese bekannte Umlenkung entstehenden Strömungsverluste treten bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht auf, da hier die Gestaltungselemente so angeordnet werden, dass sie dem natürlichen Verlauf der Strömung folgen, die Strömung also gerade nicht umlenken.
Die Umströmung eines Fahrzeugs und damit der Verlauf der Wandstromlinien ist zwar grundsätzlich geschwindigkeitsabhängig. In dem aerodynamisch relevanten Geschwindigkeitsbereich oberhalb von 80 km/h ändert sich die Umströmung des Fahrzeugs jedoch nur unwesentlich bei Geschwindigkeitsänderungen, so dass durch die Erfindung eine aerodynamische Optimierung in einem großen relevanten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs erreicht wird.
Bei dem Element eines Unterbodens handelt es sich beispielsweise um eine flächige Unterbodenverkleidung. Zur Versteifung der Unterbodenverkleidung sind Sicken, Rillen, Rippen, Erhebungen oder dergleichen vorgesehen. Diese Vertiefungen bzw. Erhebungen können jede geeignete Querschnittsform aufweisen. Die flächige Unterbodenverkleidung kann sich einstückig über einen großen Bereich des Unterbodens erstrecken. In gleicher Weise ist jedoch eine Segmentierung der Unterbodenverkleidung vor und hinter den Achsen, rechts und links der Abgasanlage usw. möglich, um insgesamt eine möglichst gesamthafte Abdeckung des Unterbodens zu erreichen.
Neben flächigen Unterbodenverkleidungen sind Front- und Heckschürzen sowie Front- und Heckdiffusoren bekannt, die eine Längsprofilierung aufweisen. Insbesondere im Heckbereich von Fahrzeugen ist eine derartige Profilierung häufiger anzutreffen (z. B. Audi A6 Allroad, VW CrossPolo). Grundsätzlich kann die Funktion eines Diffusors auch in eine Heckschürze oder eine Unterbodenverkleidung im Heckbereich integriert sein.
Wie bereits oben ausgeführt, wird mit der bekannten Profilierung parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs eine Kanalisierung (Umlenkung) der Luftströmung entlang des Unterbodens erreicht. Außerdem erfolgt die Profilierung unter ästhetischen Gesichtspunkten. Im Unterschied zu den bekannten Front- und Heckschürzen sowie Front- und Heckdiffusoren ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch an front- und/oder heckseitigen Schürzen und/oder Diffusoren eine dem tatsächlichen Strömungsverlauf angepasste Ausrichtung der Profilierung vorgesehen.
Gleiches gilt für die Profilierung von Endschalldämpfern. Derartige Profilierungen sind an sich bereits bekannt (z. B. VW Touareg, Porsche Cayenne). Die bekannten Profilierungen des Endschalldämpfers verlaufen jedoch in Längsrichtung des Fahrzeugs und dienen vornehmlich der optischen Gestaltung des Endschalldämpfers. Demgegenüber ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Profilierung eines Endschalldämpfers in Strömungsrichtung zu orientieren und hierdurch den c_w-Wert zu verbessern und den Auftrieb zu verringern.
Selbstverständlich kann das Element des Unterbodens auch von der tragenden Struktur des Unterbodens selbst oder von anderen Fahrzeugkomponenten (beispielsweise der Unterseite eines Kraftstofftanks) gebildet werden.
Die Befestigung von Elementen am Unterboden eines Fahrzeugs erfolgt überwiegend durch unterbodenseitig eingebrachte Befestigungselemente, insbesondere durch Schrauben. Die Befestigungselemente sind hierbei in Vertiefungen der Elemente des Unterbodens angeordnet. Um eine aerodynamische Wirkung zu erreichen, sind die Vertiefungen nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung langgestreckt ausgestaltet, wobei die Längsachse der Vertiefung in Richtung des Strömungsverlaufs am Unterboden ausgerichtet ist.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Unteransicht des Unterbodens eines Kraftfahrzeugs, mit Darstellung verschiedener Verkleidungselemente und
2 eine der 1 entsprechende Darstellung des Unterbodens des Kraftfahrzeugs, mit den Wandstromlinien der Unterbodenströmung.
An einem in der Gesamtheit mit 1 bezeichneten Unterboden eines Kraftfahrzeugs sind Vorder- und Hinterräder 2 und 3, Elemente 4 einer Hinterachse 5 sowie eine Abgasanlage 6 mit einem Endschalldämpfer 7 erkennbar. Verkleidungselemente 10 bis 14 decken weite Bereiche des Unterbodens 1 ab.
Die Strömungsverhältnisse im Bereich des Unterbodens 1 sind in 2 durch eine Vielzahl von Wandstromlinien W wiedergegeben. Der fahrzeugspezifische Verlauf der Wandstromlinien W der Unterbodenströmung wird beispielsweise durch numerische Simulation oder durch Messung im Windkanal ermittelt.
Aus 2 geht deutlich hervor, dass die Wandstromlinien W der Unterbodenströmung in weiten Bereichen des Unterbodens 1 von einer Richtung parallel zur Längsrichtung L des Kraftfahrzeugs abweichen.
Erfindungsgemäß sind an den Verkleidungselementen 10 bis 14 langgestreckte Erhebungen und/oder Vertiefungen in Form von Versteifungsrippen 20 (oder Versteifungssicken 20) vorgesehen, die in Richtung der Unterbodenströmung verlaufen. Dabei sind die Versteifungsrippen 20 (oder Versteifungssicken 20) entsprechend dem Verlauf der Wandstromlinien W ebenfalls gekrümmt ausgebildet. Selbstverständlich können die Versteifungsrippen 20 (oder Versteifungssicken 20) jedoch auch geradlinig ausgebildet sein und sich den gekrümmten Wandstromlinien W näherungsweise, beispielsweise tangential, angleichen. Die in 2 eingezeichneten Winkel α, β und γ geben die Schrägstellung der Versteifungsrippen 20 (oder Versteifungssicken 20) gegenüber der Längsrichtung L des Fahrzeugs an.
Die Verkleidungselemente 10 bis 14 sind über Befestigungselemente 21 am Unterboden 1 des Kraftfahrzeugs festgelegt. Die Befestigungselemente 21 sind beispielsweise als Schrauben ausgeführt, deren Köpfe in Vertiefungen 22 der Verkleidungselemente 10 bis 14 aufgenommen sind. Die Vertiefungen 22 sind oval oder tropfenförmig ausgeführt, wobei die Längsachsen der Vertiefungen 22 mit der Richtung der Versteifungsrippen 20 (oder Versteifungssicken 20) übereinstimmen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 22 in den Verlauf der Versteifungsrippen 20 (oder Versteifungssicken 20) integriert.
Zusammenfassend lässt sich die Erfindung wie folgt beschreiben: Ein Verkleidungsteil 10 am Unterboden 1 eines Kraftfahrzeugs weist Versteifungsrippen 20 auf, die abweichend von der ansonsten üblichen Orientierung der Versteifungsrippen parallel zur Längsrichtung L des Kraftfahrzeugs erfindungsgemäß entsprechend den tatsächlich gegebenen Strömungsverhältnissen am Unterboden 1 des Kraftfahrzeugs ausgerichtet sind. Durch diese Ausrichtung der Versteifungsrippen 20 werden die aerodynamischen Widerstände vermindert und der Auftrieb des Kraftfahrzeugs verringert. Die Erfindung kann beispielsweise an Verkleidungsteilen 10 bis 14, an Front- und Heckdiffusoren, an Endschalldämpfern 7 und an langgestreckten Vertiefungen 22 für Befestigungselemente 21 angewandt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19521632 A1 [0002]
- GB 463620 [0003, 0004, 0011]

Claims

Element eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer langgestreckten Vertiefung und/oder Erhebung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (20) und/oder Erhebung (20) in demjenigen Bereich des Unterbodens (1), in dem sich bei Fahrt des Kraftfahrzeugs eine von der Richtung der Längsachse (L) des Fahrzeugs abweichende Luftströmung (Wandstromlinie W) einstellt, mit ihrer Längserstreckung in Richtung der Luftströmung (Wandstromlinie W) verläuft.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element des Unterbodens (1) eine flächige Unterbodenverkleidung (10 bis 14) ist.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element des Unterbodens (1) ein Front- oder Heckdiffusor ist.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element des Unterbodens (1) ein Endschalldämpfer (7) ist.
Element nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine langgestreckte Vertiefung (22) zur Aufnahme eines Befestigungselements (21) vorgesehen ist.